Periferni radar za slabovidne osobe: 14 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Kao posljedica stravične nesreće, moj prijatelj je nedavno izgubio vid na desno oko. Dugo je bio bez posla, a kad se vratio rekao mi je da je jedna od najneugodnijih stvari s kojima se mora suočiti nedostatak znanja o tome što mu je s desne strane. Manje perifernog vida znači naletjeti na stvari i ljude. Ovo mi je zasmetalo. Odlučio sam da moramo nešto učiniti.

Htio sam izgraditi uređaj koji bi mogao mjeriti udaljenost do objekata s desne strane mog prijatelja. Moj plan je koristiti haptički motor za vibriranje uređaja obrnuto proporcionalno udaljenosti do objekta. Tada, ako su predmeti bili daleko, motor ne bi vibrirao, a kako je objekt bliže, počeo bi vibrirati na niskoj razini. Da je objekt blizu, on bi vibrirao na mnogo višoj razini (ili na kojoj god razini želite). Uređaj bi morao biti dovoljno mali da visi na bočnoj strani naočala sa senzorom okrenutim udesno. Moj prijatelj bi uređaj stavio na desnu stranu naočala, ali naravno za nekog drugog, to bi mogla biti lijeva strana.

Sjetio sam se da sam kod kuće imao neke akustičke senzore udaljenosti. No, oni su malo veliki i glomazni, manje precizni i vjerojatno bi bili preteški za upotrebu na naočalama. Počeo sam tražiti nešto drugo.

Ono što sam pronašao je ST Electronics VL53L0X osjetnik vremena leta. Ovo je infracrveni laser i infracrveni detektor u jednom paketu. Emitira impuls laserske svjetlosti izvan ljudskog vidljivog raspona (940 nm) i bilježi proteklo vrijeme potrebno za otkrivanje reflektiranog impulsa. On to vrijeme dijeli s 2 i množi sa brzinom svjetlosti stvarajući vrlo preciznu udaljenost u milimetrima. Senzor može otkriti udaljenost do 2 metra, ali kao što sam vidio, 1 metar je optimalniji.

Čini se da Adafruit ima VL53L0X probojnu ploču. Pa mi je trebao vibrirajući motor, koji su također imali, i mikrokontroler za sve to. Slučajno sam imao pri ruci PJRC Teensy 3.2. Iako je bio veći nego što sam želio, imao je mogućnost rada na niskoj brzini. Htio sam smanjiti brzinu sata radi uštede energije. Što se tiče izvora napajanja, imao sam Sparkfun regulator pojačanja u mojoj kutiji za smeće zajedno s AAA držačem baterije. Imao sam gotovo sve što mi je trebalo.

Korak 1: Prvi prototip

Uzeo sam dijelove koje sam imao pri ruci i napravio ručni prototip uređaja koji sam zamislio. 3D sam ispisao ručku i montažnu ploču i lemio svu elektroniku na Adafruit protoboard. Spojio sam vibracijski motor na Teensy preko 2N3904 NPN tranzistora. Dodao sam potenciometar koji će se koristiti za postavljanje maksimalne udaljenosti na koju će uređaj reagirati.

Uradio sam ga sljedećeg vikenda (vidi gornju sliku). Nije bilo lijepo, ali pokazalo je princip. Moj je prijatelj mogao držati uređaj s desne strane i provjeriti je li uređaj koristan ili ne, te mu pomoći poboljšati ono što želi za značajke.

Korak 2: Prototip #2

Nakon prvog ručnog prototipa počeo sam praviti manju verziju. Htio sam se približiti svom cilju da napravim nešto što bi stalo na naočale. Teensy koji sam koristio na ručnoj verziji omogućio mi je usporavanje sata radi uštede energije. No, veličina će biti faktor pa sam prešao na Adafruit Trinket M0. Iako mu je brzina takta 48 MHz, ARM procesor na kojem se temelji može raditi sporije. Pomoću unutarnjeg RC oscilatora može raditi na 8, 4 2 pa čak i 1 MHz.

Prototip #2 se brzo složio jer sam sve to skupila do sljedećeg vikenda. Krug je bio isti kao prototip #1 osim ARM M0. Tiskao sam 3D kućište i stavio vodilice na stražnju stranu tako da se može staviti na naočale. Pogledajte gornju sliku. U početku se radi na frekvenciji od 48 MHz.

Korak 3: Prototip #3

Dakle, ovaj Instructable zaista počinje ovdje. Odlučio sam napraviti posljednji prototip. Odlučio sam ga stisnuti što je manje moguće bez korištenja prilagođenog PWB -a (kamo sam siguran da smo krenuli). Ostatak ovog Instructable -a će vam pokazati kako ga napraviti. Baš kao i ljudi koji rade 3D tiskane ruke za djecu s invaliditetom, nadam se da će ih ljudi izraditi za svakoga sa sličnim gubitkom vida.

Zadržao sam popis dijelova isti kao prototip #2, ali odlučio sam ukloniti potenciometar. Nakon razgovora s mojim prijateljem odlučili smo odrediti maksimalnu udaljenost pomoću softvera. Budući da mogu koristiti senzor za dodir pomoću Teensyja, uvijek bismo mogli postaviti maksimalnu udaljenost dodirom. Jedan dodir postavlja kratku udaljenost, ili više dodira veću udaljenost, drugi dodir najdužu udaljenost, a zatim za još jedan dodir zamotajte unatrag na početak. No u početku ćemo za kretanje koristiti fiksnu udaljenost.

Korak 4: Dijelovi

Za ovaj prototip trebala mi je manja ploča. Otišao sam sa Sparkfun protoboardom (PRT-12702) jer bi njegove male dimenzije (oko 1,8 "X 1,3") bile dobre veličine za snimanje.

Također sam morao koristiti nešto drugo osim AAA baterije kao izvor napajanja. LiPo se činio kao pravi izbor jer bi imao skladišni kapacitet i malu težinu. Pokušao sam s novčanicom, ali nije imala dovoljno snage da dugo rukuje motorom. Odabrao sam mali LiPo koji ima kapacitet 150 mAH.

Htio sam ostati s Trinket M0 i naravno, VL53L0X probojnom pločom.

Sada kada smo do detalja, evo popisa dijelova za ovaj prototip:

Adafruit VL53L0X osjetnik udaljenosti leta - ID PROIZVODA: 3317 Adafruit - vibracijski disk s malim motorom - ID PROIZVODA: 1201 Adafruit - litij -ionska polimerna baterija - 3,7v 150mAh - ID PROIZVODA: 1317 SparkFun - lemna ploča - Mini - PRT -12702 Sparkfun - JST pravokutni konektor - 2 -pinski kroz rupu - PRT -09749 10K ohmski otpornik - Junkbox (pogledajte na svom podu) 2N3904 NPN tranzistor - Junkbox (ili nazovite prijatelja) Neka žica za spajanje (koristio sam 22 žice sa žicom)

Za punjenje LiPo baterije također sam uzeo:

Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly punjač - v1 - ID PROIZVODA: 1304

Korak 5: Shematski prikaz

Shema ovog uređaja prikazana je gore. Dodirni ulaz bit će za buduću verziju, ali je svejedno prikazan na shemi. Također, 10K otpornik između Trinket M0 i baze 2N3904 pruža taman dovoljno baze za uključivanje motora, a da ga ne udarite prejako.

Slijedi korak po korak opis montaže.

Korak 6: Protoboard

Mnogi od vas s iskustvom to znaju, ali ovo je za one koji su možda tek počeli s lemljenjem protoboarda:

Sparkfun protoboard (PRT-12702) prikazan gore ima 17 stupaca (grupa) od 5 pinova sa svake strane u razmaku od tri desetine inča. Svaki okomiti stup od 5 igala s obje strane razmaka zajednički su jedan drugom. Time želim reći da je svaka veza na pin u grupi veza na svaki drugi pin u grupi. Za ovu ploču to se ne čini očitim, ali to možete provjeriti ako koristite DVM (digitalni voltmetar). Ako pogledate straga, možete samo razabrati tragove koji povezuju grupe.

Korak 7: Postavljanje komponenti

Vjerojatno morate lemiti pin trake i na Trinket M0 i na VL53L0X. Obje dolaze s trakama, ali ih je potrebno zalemiti. Adafruit ima upute u svom centru za učenje za oba ova dijela. Ako ste tek počeli s ovim, idite tamo (ovdje i ovdje) prije lemljenja traka na ploče. Pin trake pružaju niži profil od utičnice.

Prva stvar koju treba uzeti u obzir pri lemljenju nečega na protoboard s ograničenim prostorom je postavljanje komponenti. Postavio sam Trinket i VL53L0X na položaje prikazane na gornjoj slici. Trinket ima igle na oba ruba ploče, ali VL53L0X ima 7 pinova na jednom rubu ploče. Strana VL53L0X koja nema pinove koristit ćemo za povezivanje nekih komponenti … kao što ćemo vidjeti.

Također sam lemio klizni prekidač u položaj i lemio sam 2N3904. Zatamnio sam rupe na kojima su ti dijelovi postavljeni, a za 2N3904 zabilježio sam koje su igle sakupljač, baza i odašiljač. Kada ga prvi put lemite, trebali biste ga ostaviti okomito na ploču kako biste mogli lemiti druge priključke. Kasnije ćete ga moći (pažljivo) saviti tako da bude bliže ravni sa daskom.

NAPOMENA: JST baterija u ovom trenutku NE lemi se na ploču. Bit će lemljen na stražnjoj strani ploče, ali tek NAKON što smo lemili naše ostale veze. To će biti posljednje što ćemo lemiti.

Korak 8: Žice

Gornji dijagram prikazuje protoboard s zatamnjenim rupama u kojima će se nalaziti komponente. Dodao sam im oznake uz rubove kako bih olakšao ožičenje. Imajte na umu da je vibracijski motor prikazan, ali će se nalaziti na stražnjoj strani ploče i bit će spojen gotovo zadnji pa ga za sada samo zanemarite. Također pokazujem JST baterijsko pucanje isprekidanom linijom. Kao što je identificirano u prethodnom koraku, nemojte ga spajati, ali ostavite 4 rupe na vrhu ploče otvorene (tj. Nemojte ih lemiti).

Pretpostavljam da u ovom trenutku znate skinuti izolaciju sa žice, zalijepiti krajeve lemljenjem i lemiti na ploču. Ako nije, posjetite jedan od uputa o lemljenju.

Za ovaj korak lemite žice kao što je prikazano žutom bojom. Krajnje točke su rupe na koje ih trebate lemiti. Također biste trebali lemiti 10K ohmski otpornik na ploču kao što je prikazano. Uspostavljene veze su:

1. Povezivanje s pozitivnog priključka baterije na zajednički (središnji) priključak kliznog prekidača. Jedna strana kliznog prekidača uspostavit će kontakt s ulazom BAT na Trinket. Trinket-ov ugrađeni regulator generira 3,3 V iz ulaznog napona BAT.

2. Priključak negativnog (uzemljenog) kontakta baterije na masu sitnice.

3. Povezivanje negativnog (uzemljenog) kontakta baterije s odašiljačem 2N3904

4. Povezivanje s Trinket -ovog 3,3 -voltnog (3V) pina na VIN VL53L0X. VL53L0X će to dodatno regulirati na 2,8 volti za vlastitu uporabu. Također dovodi ovaj napon do pina, ali ne treba nam pa će ostati nepovezan.

Korak 9: Više žica

Dakle, sada dodajemo sljedeću skupinu žica kao što je prikazano gore. Evo popisa svake veze:

1. Povezivanje s Trinket pina označenog kao 2 na SCL pin VL53L0X. Ovo je signal sata I2C. I2C serijski protokol je ono što Trinket koristi za komunikaciju s VL53L0X.

2. Povezivanje s Trinket pina označenog kao 0 (nula) na VL53L0X SDA pin. Ovo je signal podataka I2C.

3. Povezivanje s pina VL53L0X GND preko razmaka na matičnoj ploči s odašiljačem 2N3904. To daje uzemljenje VL53L0X.

4. Veza s Trinket pina označena kao 4 na 10K otpornik. Ovo je pogon za vibracijski motor. Ovu žicu svakako trebate zalemiti na stražnju stranu ploče ako odaberete moju točku povezivanja.

Upamtite da su sve vertikalne skupine od 5 pinova zajedničke jedna drugoj tako da se možete spojiti bilo gdje u ovoj grupi što vam odgovara. Primijetit ćete na fotografijama moje ploče da sam promijenio nekoliko svojih točaka povezivanja. Sve dok su ispravne veze, bilo koji jastučić koji odaberete je u redu.

Korak 10: Vibracijski motor

Vibracijski motor dolazi s naljepnicom na leđima koja se može oguliti. Povučete ovo kako biste otkrili ljepljiv materijal koji omogućuje da se motor zalijepi na stražnju stranu ploče (ali pogledajte komentar ispod prije nego što ga zalijepite). Postavio sam ga lijevo (gledajući stražnju stranu ploče) JST Battery Breakout ploče koju još nismo pričvrstili. Dakle, ostavite malo prostora za JST baterijsku ploču. Također sam se želio pobrinuti da metalno kućište motora ne prekine nijednu iglu preko praznine protoboarda. Tako sam izrezao mali komad dvostrane trake i zalijepio ga na stražnju stranu ljepljive strane motora za vibracije. Zatim sam to gurnuo na stražnju stranu ploče. Pomaže držati metalno kućište visoko i dalje od igala. No ipak, budite oprezni pri postavljanju na način da NE Krate kratke iglice.

Lemite crvenu žicu vibracijskog motora na 3V iglu trinketa. Crna žica vibracijskog motora lemljena je na kolektoru 2N3904. Kada softver impulsira 2N3904 (daje logičku vrijednost 1 kao 3,3 V), tranzistor se uključuje spajanjem crne žice vibracijskog motora na masu (ili blizu nje). Zbog toga motor vibrira.

Mogao sam dodati neki kapacitet na mjestu spajanja crvene žice Vibracijskog motora. No, na Trinket -ovom 3.3V vodu postoji kapacitet pa sam siguran da je u redu, ali ako želite dodati neki drugi kapacitet možete … sve dok ga možete ugurati. U tom slučaju crvena žica bi se mogla spojiti izravno na pozitivnu stranu LiPo baterije. Odabrao sam stranu od 3,3 V kako bi napon bio konstantan. Čini se da zasad radi dobro.

Korak 11: Posljednji, ali ne i najmanje…

Na kraju povezujemo ploču za probijanje JST baterije na stražnju stranu protobora. Lemio sam igle na ploču i postavio JST bateriju za razbijanje baterije s gornjom stranom okrenutom prema ploči, kao što je prikazano gore. Provjerite jeste li pri postavljanju ovog dijela lemili žice za pozitivnu bateriju i uzemljili ih na desne igle. Ako griješite, promijenit ćete polaritet dijelova i vjerojatno ih sve uništiti. Stoga, prije lemljenja i priključivanja baterije, provjerite i provjerite.

Korak 12: Softver

Za instaliranje i/ili izmjenu softvera trebat će vam Arduino IDE i datoteke ploča za Trinket M0, kao i knjižnice za VL53L0X. Sve je to ovdje, ovdje i ovdje.

Slijedite upute za korištenje Adafruit M0 na njihovom web mjestu za učenje ovdje.

Nakon učitavanja softvera ploča bi se trebala pokrenuti i raditi na USB serijskoj vezi. Pomaknite stranu ploče s VL53L0X blizu zida ili ruke i osjetit ćete kako motor vibrira. Amplituda vibracija trebala bi biti sve niža što je objekt dalje od uređaja.

Ponašanje koje se vidi na uređaju donekle je objašnjeno u komentarima u izvornom kodu. No priloženi grafikon trebao bi ovo dobro istaknuti. Uređaj ne bi trebao početi vibrirati tek oko 863 mm od predmeta. Svoju maksimalnu razinu vibracija doseći će na 50 mm od objekta. Ako se pomaknete bliže objektu od 50 mm, uređaj neće proizvesti više vibracija nego na 50 mm.

Korak 13: Ograđivanje

Dizajnirao sam kućište i 3D ga tiskao u ABS plastici. Možete ga ispisati u PLA ili ABS -u ili bilo kojem drugom materijalu koji želite. Koristim ABS jer mogu aceton zavariti komade na ploču ako je potrebno. Ploča koju sam dizajnirao je jednostavna i ima otvor za USB priključak na Trinketu i otvor za prekidač za napajanje. Napravio sam da se dvije ploče spoje zajedno s malim rukama na stranama kutije. Ne sviđa mi se previše pa ću ga vjerojatno promijeniti. Naravno, možete napraviti sve promjene koje želite vidjeti.

Trenutno se za ovu verziju kutija mora otvoriti da biste odspojili LiPo bateriju kako biste je napunili. Ako ipak stvorim pločicu za ovaj projekt, dodat ću još jedan konektor kako bi baterija bila dostupna bez otvaranja kutije. Možda je to moguće učiniti na ovoj izvedbi protobora i napraviti otvor za priključak za punjenje. Ako želite ovo isprobati, podijelite svoje rezultate.

Uspio sam dizajnirati kutiju koju nisam potpuno mrzio. Ovo ćemo koristiti za testiranje sustava. Priložio sam gornji i donji dio kutije kao STL datoteke, kao i zagradu/vodič koji sam dodao na dno. Dodao sam par vodilica pomoću acetona za kemijsko zavarivanje dijelova. Ako to učinite, budite oprezni. Sastav možete vidjeti gore.

Korak 14: Što sada?

Provjerite me … star sam i možda sam nešto zaboravio ili zabrljao. Ponovno čitam i provjeravam ovo, ali i dalje mi mogu nedostajati stvari. Slobodno mi recite što sam učinio/učinio krivo.

A sada, kada ste izgradili ploču za periferne radare i umetnuli je, a LiPo baterija je u lijepoj 3D tiskanoj futroli (kad je završim ili ako ste sami napravili), što ćete sljedeće učiniti? Mislim da biste trebali steći iskustvo u načinu rada i izmijeniti softver. Licencni ugovor u softveru navodi da ga možete koristiti, ali ako napravite bilo kakve promjene, morate ih podijeliti. Ne kažem da je softver za ovaj projekt kompliciran ili na neki način nevjerojatan. Ostvaruje svoje ciljeve, ali ima prostora za poboljšanja. Pomozite nam poboljšati ovaj uređaj i podijelite to sa svima nama. Upamtite, ovaj projekt služi samo pomaganju ljudima. Dakle, pomozite!